Die erforderliche technische Unterstützung für die Entwicklung von Hochleistungs-LEDs in der Innenbeleuchtung
1. Die Geschäftsmöglichkeiten auf dem LED-Beleuchtungsmarkt haben der Branche endlose Fantasie beschert. LED-Beleuchtungsanwendungen sind in der Vergangenheit von Außen-LEDs zu Innenbeleuchtungsanwendungen gesprungen. Laut Strategies Unlimited wird die Entwicklung der LED-Innenbeleuchtung in den nächsten fünf Jahren einen exponentiellen Wachstumstrend aufweisen. Schätzungen zufolge wird sein Produktionswert bis 2011 mehrere zehn Milliarden Dollar erreichen. Insbesondere im Jahr 2009 hat die Europäische Union bei der Umsetzung des Plans zum Verbot von Glühlampen die Führung übernommen, und Energiesparthemen haben viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, was enorme Marktchancen und optimistische Aussichten für die LED-Innenbeleuchtung geschaffen hat. Im Folgenden wird die Entwicklung von Hochleistungs-LEDs im Bereich der Innenbeleuchtung aus den Anforderungen der Leuchtentechnik wie Wärmeableitungstechnik, Optikdesign und Antriebsdesign analysiert.
Die Entwicklung von Hochleistungs-LED-Beleuchtung Die Entwicklung von Hochleistungs-LED-Beleuchtung hängt von zwei Hauptelementen ab: Eines ist der Chip selbst; die andere ist die Lampentechnologie, einschließlich Wärmeableitung, Optik und Ansteuerung.
2 Chip-Unterstützung
Der Schlüssel zur Entwicklung der LED-Chip-Technologie liegt derzeit im Substratmaterial und der epitaktischen Wachstumstechnologie. Das Grundmaterial hat sich von traditionellen Saphirwerkstoffen, Silizium und Siliziumkarbid zu neuen Werkstoffen wie Zinkoxid und Galliumnitrid entwickelt. Ob High-Power-Chips für Akzent- und Gesamtbeleuchtung oder Low-Power-Chips für dekorative Beleuchtung und einfache Zusatzbeleuchtung – der Schlüssel zu technologischen Upgrades liegt in der Entwicklung effizienterer und stabilerer Chips. In nur wenigen Jahren hat die LED mit Hilfe einer Reihe von technologischen Verbesserungen, darunter Chipstruktur, Oberflächenaufrauungsbehandlung und Multi-Quantum-Well-Strukturdesign, einen enormen Durchbruch in der Lichteffizienz erzielt. Abbildung 1 ist ein schematisches Diagramm der Entwicklung der LED-Chipstruktur. Mit der schrittweisen Reife der Produktionstechnologie wird die LED-Quanteneffizienz weiter verbessert und auch die Lichteffizienz von LED-Chips erhöht.
Die Dünnschicht-Chip-Technologie ist die Kerntechnologie bei der Herstellung von ultrahellen LED-Chips, die den Lichtleistungsverlust auf allen Seiten reduzieren kann und die reflektierende Oberfläche an der Unterseite nutzen kann, um mehr als 97% der Lichtleistung aus der vorne (siehe Abbildung 2). Dies verbessert nicht nur die Lichtausbeute der LED deutlich, sondern schafft auch überlegene Komfortbedingungen für das Linsendesign.
3 Der Bedarf an Lichttechnik
3.1 Wärmeableitungstechnologie
Die Öffentlichkeit war schon immer besorgt über die Lebensdauer von Lampen und Laternen. Wenn man sich nur auf die Verwendung von LED-Komponenten mit niedrigem Wärmewiderstand verlässt, kann kein gutes Wärmeableitungssystem für das Leuchtengerät aufgebaut werden, und der Wärmewiderstand vom PN-Knoten zur Umgebung muss effektiv reduziert werden, um den PN-Knoten stark zu reduzieren Temperatur der LED und erfolgreiche Praxis verlängert Die Lebensdauer von LED-Lampen und das Ziel, den tatsächlichen Lichtstrom zu erhöhen. Im Gegensatz zu gewöhnlichen herkömmlichen Lampen ist die Leiterplatte nicht nur der Stromversorgungsträger der LED, sondern auch der Wärmeableitungsträger der LED, daher ist das Wärmeableitungsdesign des Kühlkörpers und der Leiterplatte sehr wichtig. Darüber hinaus muss der Leuchtenhersteller auch Faktoren wie Qualität, Dicke und Größe des Wärmeableitungsmaterials sowie die Behandlung und Anbindung der Wärmeableitungsschnittstelle berücksichtigen.
3.2 Optisches Design
Im Vergleich zu herkömmlichen Lampen sind Richtwirkung und Punktlichtquelle die beiden typischsten Eigenschaften von LEDs, und wie man diese beiden Eigenschaften von LEDs sinnvoll nutzt, ist der Schlüssel zum optischen Design von Lampen.
Durch das duale optische Design von LED können LED-Lampen eine bessere Lichtverteilungskurve erreichen. Bei Innenbeleuchtungsanwendungen muss das Licht von Lampen beispielsweise sehr hell sein, und Lampenschirme mit hoher Lichtdurchlässigkeit können verwendet werden, um die Lichtextraktionseffizienz zu verbessern. Oder wenden Sie die Lichtleiterplatten-Technologie auf die Lampen an und verwandeln Sie so die LED-Punktlichtquelle in eine Flächenlichtquelle, die nicht nur die Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung der Lampe verbessern, sondern auch Blendung verhindern kann. Darüber hinaus ist bei einigen Zusatzbeleuchtungs- und Akzentbeleuchtungsanwendungen, um das zu beleuchtende Objekt hervorzuheben, ein spezifischer Verdichtungseffekt erforderlich. In diesem Fall kann es mit einigen Sammellinsen oder Reflektoren verwendet werden, um den idealen optischen Effekt zu erzielen. .
3.3 Antriebsdesign
Muss sicherstellen, dass der LED-Treiberstrom ein konstanter Stromausgang ist. Wenn die LED unter Durchlassstrom arbeitet, ist die relative Änderung der Knotenspannung sehr gering. Daher ist das Sicherstellen eines konstanten LED-Treiberstroms im Wesentlichen gleichbedeutend mit dem Sicherstellen eines konstanten LED-Ausgangsstroms. Darüber hinaus ist das Design der Lichtsteuerung eines der aktuellen Mainstream-Antriebsdesigns. Es wird hauptsächlich in Umgebungsbeleuchtungsanwendungen verwendet. Es kann je nach Umgebung unterschiedliche Helligkeitsstufen erreichen und Energiesparziele vollständig erreichen. Derzeit konzentriert sich der Haupttrend bei der Antriebskonstruktion auf die Verbesserung des Leistungsfaktors, die Reduzierung des Antriebsleistungsverbrauchs, die Optimierung der Regelgenauigkeit und die Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit. Beim Designprozess sind das Design der Stromversorgung, das Layout der Leiterplatte und die Reihen-Parallel-Schaltung alles Faktoren, die berücksichtigt werden müssen.
4 Technische Herausforderungen der Hochleistungs-LED-Beleuchtung
Obwohl LEDs bei der Akzentbeleuchtung in Innenräumen und bei dekorativen Beleuchtungsanwendungen zufriedenstellende Leistungen erbracht haben, stehen sie bei der Allgemein- und Umgebungsbeleuchtung immer noch vor vielen Herausforderungen, einschließlich Anschaffungskosten, Lichteffizienz bei niedrigen Farbtemperaturen, Farbwiedergabeindex und Systemzuverlässigkeit usw.
4.1 Anschaffungskosten weiter senken
Die Kosten sind ein relativ sensibler Faktor bei der Innenbeleuchtung, insbesondere bei Heimbeleuchtungsanwendungen. Obwohl es immer mehr Modelle von LED-Leuchten gibt und sich die Lichtausbeute ständig verbessert, bleibt das Problem der hohen Preise bestehen. Wenn jedoch der Preis für LED-Lichtquellen gesenkt und das Gesamtsystemdesign optimiert wird, sinken die Gesamtkosten unweigerlich. Denken Sie daran, dass die Kosten, als die kompakte energiesparende Leuchtstofflampe zum ersten Mal auf den Markt kam, etwa 15 US-Dollar betrugen, aber jetzt auf weniger als 1,50 US-Dollar gefallen sind. Daraus lässt sich schließen, dass mit der kontinuierlichen Marktentwicklung der Preis für LED-Leuchten bald ein für die Öffentlichkeit akzeptables Niveau erreichen wird.
4.2 Verbessern Sie den Lichteffekt bei niedriger Farbtemperatur
Eine niedrige Farbtemperatur unter 4.000 K ist normalerweise die erste Wahl für die Innenbeleuchtung. Warmweißes Licht macht die gesamte Umgebung warmer und entspannender; während kaltweißes Licht den Menschen ein sauberes, effizientes und helles Gefühl vermittelt, das eher für Büro- und Außenbeleuchtung geeignet ist. Aufgrund des Leuchtstoffs ist die Lichtausbeute der LED bei niedriger Farbtemperatur in der Regel etwa 30 % geringer als bei hoher Farbtemperatur.
4.3 Verwaltung von Lichteffizienz und Farbwiedergabeindex
Generell gilt: Je höher die Lichtausbeute der LED, desto niedriger der Farbwiedergabeindex. Die Innenbeleuchtung erfordert normalerweise einen höheren Farbwiedergabeindex von LEDs, um die Helligkeit und Farbe von Objekten objektiv darzustellen und den echten Effekt der direkten Beobachtung der Außenlandschaft mit bloßem Auge zu erzielen. Aus diesem Grund ist es neben der Verbesserung der Lichtausbeute von LEDs auch notwendig, den Farbwiedergabeindex weiter zu erhöhen. Eine andere Methode besteht darin, der Oberfläche der Lampe etwas rotes Licht hinzuzufügen, um den Effekt eines Farbwiedergabeindex über 90 zu erzielen.
4.4 Effizienz beim Fahren mit hohem Strom verbessern
Derzeit ist es in der Regel möglich, den Strom einer 1W LED von 350mA auf 1.000mA zu erhöhen. Bei Hochstrombetrieb wird jedoch selbst bei steigendem Lichtstrom die Gesamtleistung in der Regel relativ stark reduziert. Daher müssen die Gesamtsystemkosten und die Lichteffizienz ausgewogen sein. Wenn die Lichtausbeute von LEDs unter Hochstromansteuerung verbessert werden kann, kann die Anzahl der erforderlichen LEDs, solange eine höhere Systemlichtausbeute gewährleistet werden kann, stark reduziert werden, wodurch die Kosten erheblich gesenkt werden.
4.5 Die Packungsgröße der LED weiter reduzieren
Neben Umweltschutz, Energieeinsparung und Schadstofffreiheit zeichnen sich Indoor-LEDs auch durch Kunstfertigkeit, geringe Größe und Individualität aus. Und durch die weitere Reduzierung der Größe des LED-Pakets kann das Design der Lampe flexibler und innovativer werden. Für Anwendungen, die eine Mischbeleuchtung erfordern, um die Farbwiedergabe zu verbessern, ist die kleinere Gehäusegröße sehr hilfreich bei der Realisierung von Mischlichtlinsen- und Mischlichteffektdesign.
4.6 Lebensdauer verlängern und Systemzuverlässigkeit verbessern
In Allgemeinbeleuchtungsanwendungen müssen die Gesamteffizienz, Lebensdauer und Zuverlässigkeit von LEDs durch Systemoptimierung verbessert werden. Der Systemaufbau herkömmlicher Lampen ist relativ einfach, während das LED-Beleuchtungssystem mehrere Komponenten umfasst, wie in Abbildung 3 gezeigt.
LED-Lichtquelle: kompakt, effizient, mit einer Vielzahl von Farben und Ausgangsleistungen zur Auswahl.
Stromumwandlung: Wandeln Sie Wechselstrom, Batterie und andere Stromquellen effizient in sichere Niederspannungs-Konstantstromquellen um.
Steuerung und Ansteuerung: Verwenden Sie elektronische Schaltungen, um eine Konstantstromansteuerung und Steuerung von LEDs zu erreichen.
Thermomanagement: Um eine längere Lebensdauer zu erreichen, ist es sehr wichtig, die Temperatur der LED-Knoten zu kontrollieren, und auch die Analyse der Wärmeableitung ist unabdingbar.
Optische Komponenten: Linsen-, Reflektor- oder Lichtleiterplattenmaterialien sind notwendige optische Komponenten, um das Licht auf den Zielbereich zu fokussieren.
5 Einführung in LED-Lichtquellen in der Innenbeleuchtung
Wie oben erwähnt, sind geringe Größe und hohe Effizienz wichtige Überlegungen bei der Wahl von LED als Lichtquelle. OSLON SSL LED ist das neueste Produkt von Osram Opto Semiconductors und seine Leistung beträgt etwa 1 W. Wie in Abbildung 4 gezeigt, ist diese LED hauptsächlich für die allgemeine Innenbeleuchtung konzipiert. Es hat eine geringe Größe und eine Packungsgröße von nur 3 mm x 3 mm. Es hat eine stabile und zuverlässige Leistung und eine hervorragende Lichtausbeute. Die maximale Lichtausbeute liegt über 100lm/w. Selbst bei hohem Strom kann sie eine ausgezeichnete Lichtausbeute aufrechterhalten, wodurch die Gesamtkosten der Lampe effektiv gesenkt werden. Und es verfügt über eine extrem hohe Zuverlässigkeit und einen Abstrahlwinkel von 80°, sodass das Licht reibungslos auf die externe Linse projiziert werden kann. Diese LED ist auch eine ideale Lichtquelle für Innenstrahler, Tischleuchten und Deckenfluter.
Da diese LED hohe Ströme effektiv verarbeiten kann, kann sie Verbrauchern helfen, extrem energie- und kostensparende Beleuchtungslösungen zu schaffen. In dieser Hinsicht hat OSLON SSL LED alle Eigenschaften, um ein"grünes" Lichtquelle in der Zukunft. Der Wärmewiderstand dieser LED beträgt nur 7K/W, das Wärmeableitungsmanagement ist einfacher und ihre kompakte Form ermöglicht es Designern, komplexe und anspruchsvolle Beleuchtungslösungen flexibler zu gestalten. Wenn Sie auf anderes starkes Licht warten müssen, können Sie es mit einigen Lampen verwenden. Neben der ultraweißen Lichtversion (Farbtemperatur 5.700 ~ 6.500K) gibt es auch eine mittelweiße und warmweiße Lichtversion (Farbtemperatur 2.700 ~ 4.500K)
OSLON SSL LED wird mit der neuesten Chiptechnologie hergestellt, um eine extrem hohe Lichtausbeute zu gewährleisten. Die Hauptparameter der OSLON SSL LED sind in Tabelle 1 aufgeführt. Derzeit beträgt die typische Helligkeit des ultraweißen Lichts (Farbtemperatur von 5.700 K und 6.500 K) der Lichtquelle bei einem Arbeitsstrom von 350 mA bis zu 110lm und der maximale Lichtstrom beträgt 130lm. Bei einem Arbeitsstrom von 350 mA und einer Farbtemperatur von 3.000 K kann die typische Lichtausbeute 75 lm/W und die Helligkeit 85 lm erreichen. Bei einem Arbeitsstrom von 700 mA (warmweißes Licht) beträgt die Helligkeit bis zu 155 lm, was die Kosten pro Lumen senken und eine extrem hohe Lichtausbeute aufrechterhalten kann. Schon mit einer kleinen Anzahl von LEDs können hohe Beleuchtungsstandards erreicht werden.
Beispielsweise werden nur sieben OSLON SSL-LEDs benötigt, um einen LED-Strahler von ca. 15W zu konstruieren (siehe Abbildung 5). Wenn der Antriebsstrom 700 mA beträgt, kann die Helligkeit der LED-Lampe fast 1.400 lm erreichen, und die Größe ist sehr klein. Dank seines Abstrahlwinkels von 80° ist die Lichtausbeute bei Ausstattung mit Reflektor oder Linse dennoch sehr hoch. Selbst unter Berücksichtigung von Wärmeableitung und Lichtverlust kann der Endlichtstrom der Lampe 1.000lm überschreiten. Außerdem müssen nur wenige dieser sieben LEDs durch warmweiße oder andere monochromatische OSLON SSL-LEDs ersetzt werden, wenn eine andere Farbtemperatur oder ein anderer Farbwiedergabeindex erforderlich ist. Auf diese Weise kann jede beliebige Farbtemperatur oder höhere Farbwiedergabe erreicht werden und die Designflexibilität der LED-Lampe wird stark erhöht.
Mit der rasanten Entwicklung der LED-Technologie und der schrittweisen Verbesserung der LED-Lichteffizienz werden LED-Anwendungen immer umfangreicher. Gerade angesichts des immer ernster werdenden Problems der weltweiten Energieknappheit wird den Entwicklungsperspektiven von LED im Beleuchtungsmarkt immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. LED wird eine potenzielle Lichtquelle sein, um Glühlampen, Wolframlampen und Leuchtstofflampen zu ersetzen. Darüber hinaus wird LED in Bezug auf das Innenbeleuchtungsdesign tendenziell energiesparend, menschlich und künstlerisch sein.
OSLON SSL LED erfüllt die verschiedenen Anforderungen von Innenbeleuchtungsanwendungen: nicht nur die Gehäusegröße beträgt nur 3 mm x 3 mm, sondern auch die Leistung ist stabil und zuverlässig; seine maximale lichtausbeute übersteigt 100lm/w, und es kann auch bei hohen strömen eine hervorragende lichtausbeute aufrechterhalten. , Dadurch werden die Gesamtkosten der Lampe effektiv reduziert; Darüber hinaus kann es aufgrund seines 80°-Abstrahlwinkels das Licht sanft auf die externe Linse oder den Reflektor projizieren.
